Неизбежность странного мира

Она, эта величина, — энергия, помноженная на время, — была введена в науку о движении тел очень давно, кажется еще в доньютоновские времена, а с середины XVIII века стала уже одним из главнейших понятий классической механики. И хотя у этого понятия нет такого обиходно-ясного смысла, как у силы или работы, как у скорости или ускорения, тот, кто придумал термин «действие», мыслил наглядно и просто.

В XVIII веке француз Мопертюи, прекрасно образованный драгунский капитан, которому наука показалась интересней, чем война, стал астрономом, геодезистом, механиком и оставил по себе бессмертную память, завещав теоретической физике «принцип наименьшего действия». Не заботясь об аргументах более строгих и более доказательных, он ссылался на мудрость «создателя и управителя вселенной», который, по его мнению, не допустил бы бесполезной траты работы и времени. Бывший драгун умер на руках монахов-капуцинов. И не случайно, занимаясь физикой, он думал совершенно всерьез, что это господь бог разглашает его устами свои административные тайны — рассказывает, как управляется он со вселенной. Но вопреки мистическому самообольщению Мопертюи тайна наименьшего действия выглядела как закон экономного самоуправления материи:

«Если в природе происходит само по себе какое-нибудь изменение, то необходимое для этого количество действия есть наименьшее возможное».

Затрачивая специальные усилия, камень можно заставить падать на землю и по спирали и по ломаной линии, но, предоставленный самому себе, он «выберет» в поле тяготения наименее расточительный путь — отвесный. Встретив плотное вещество линзы, световой луч преломится в ней под таким углом, чтобы затрата энергии и времени на полет через стекло была для него тоже минимальной.

Всегда и всюду соблюдается в природе этот принцип. И столетие спустя после Мопертюи, в 40-х годах XIX века, благодаря трудам, почти одновременным и независимым, двух гениальных математиков — Михаила Остроградского в Петербурге и Вильяма Гамильтона в Дублине — этот принцип стал руководящим в классической механике. Над его глубоким смыслом задумывались многие физики и философы.

Вот только в школе, даже в десятилетке, принцип наименьшего действия «не проходят». Не проходят самого представления о действии. Не хватает времени! На множество ненужных вещей, которые большинству ребят никогда не пригодятся в практической жизни и ничего существенного не открывают в картине природы, времени достает. (В классе горят электрические лампы, а учитель натирает палочку шерстью, чтобы показать существование электричества. Школьники, которые вовсе не собираются стать электротехниками, зубрят правило Кирхгофа и возятся с расчетными задачками, чувствуя, что добытые в поту решения ничем не обогащают их бедный разум и бедные души.) Но неизбежно настанет пора, когда школьная программа по физике сделается программой физического понимания мира. Тогда на уроках механики учителя заговорят и о таком старинном предмете, как действие.

Старинном? Зачем же в таком случае беспокоиться о нем?! А затем, что в наш атомный век этот старинный предмет приобрел необычайную новизну — новый великий смысл, о котором не подозревали ни Мопертюи, ни Остроградский, ни Гамильтон.

Слова «наименьшее действие» обрели в микромире еще одно значение. Удивительное значение. Это случилось в тот день, когда родилась квантовая физика — в тот счастливый декабрьский день 1900 года, когда Макс Планк отважился доложить Немецкому физическому обществу свою «рабочую гипотезу» квантов энергии.

Конечно, его коллеги с недоверием отнеслись к открытию, что существуют минимальные порции излучения, «меньше которых не бывает». Помните, он и сам-то с опаской посматривал на свою поразительно простую формулу для величины этих неделимых «атомов энергии»: Е = h·ν (аш-ню). А между тем из этой формулы Планк совершенно бесплатно добыл еще одно не менее удивительное и не менее смущающее знание: в природе существует минимальное действие, «меньше которого тоже не бывает»!

7

Эта формула встретилась нам однажды, когда шел рассказ о появлении идеи фотонов — световых частиц. Она была написана там праздно, ради одной ее скромной простоты. А можно было уже тогда полюбопытствовать, что это за постоянная величина «h», которую достаточно помножить на «ν» — частоту колебаний в источнике, чтобы сразу стала известна наименьшая порция энергии, источником излучаемая? Таинственная постоянная величина. Всюду и всегда неизменная. Одинаковая для любых неделимых порций энергии — для квантов синего света и красного, зеленого и желтого, невидимого рентгеновского или невидимого радиоизлучения.

Нет, в самом деле, очень таинственная постоянная! Подумайте сами, в какие глубины единства материи уводит она Мысль…